一种基于工业固废的高强度陶粒及其制备方法与流程

1.本发明属于固废处理技术领域，具体地，涉及一种基于工业固废的高强度陶粒及其制备方法。


背景技术：

2.赤泥是氧化铝生产过程中排放的固体废渣，属强碱性有害废弃残渣，含多种有害物质，在长期堆存过程中，大量碱液和有害物质会渗入附近土地，造成土壤碱化，地表水和地下水也会受到污染，目前对赤泥主要采用堆存覆土或填海的处置方式，既不环保也不安全，钼矿加工是资源依赖型产业，浮选尾渣产量巨大，大量堆积也对生态环境、周边植被覆盖破坏巨大，还存在渗出、尾矿库溃坝等重大安全隐患。而利用赤泥和钼矿渣制作陶粒，既可以减少污染，又可以降低成本，陶粒作为一种轻集料，可以取代普通砂石配置轻集料混凝土，在建筑、环保、冶金、化工、石油、农业等部门有着广泛用途，赤泥和钼矿渣fe2o3含量较高，易发生固相反应生成低熔点化合物，而钙含量较高导致了烧结温度范围较窄，对实际生产中的控制非常不利。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种基于工业固废的高强度陶粒及其制备方法。
4.本发明选用工业固废拜耳法赤泥、钼矿渣、铝矾土、锂辉石、聚合铝混合工业淀粉制成，需原料较少，并且主料为工业固废拜耳法赤泥和钼矿渣，易得且有益于赤泥和钼矿渣的回收再利用，减少环境污染，通过还原磁选法，降低赤泥和钼矿渣中fe2o3含量，避免强度降低，通过焙烧活化和加入粘土粉提高si/al比，得到均匀致密的复合地聚物，减小原料反应发生的膨胀，提高陶粒强度，铝矾土、赤泥、钼矿渣在高温下，形成莫来石相与少量刚玉相，使陶粒具有较高的强度，锂辉石既作助熔剂，又有助于在较低温度下就能形成莫来石以增加坯体强度，降低烧结温度和烧成周期。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种基于工业固废的高强度陶粒，由如下重量份原料加工制成：
7.工业固废50-60份、铝矾土20-30、锂辉石4-8份、聚合铝0.8-1份、工业淀粉1-2份。
8.进一步地，铝矾土生料中al2o3含量85-90％。
9.进一步地，锂辉石中li2o含量≥7％。
10.进一步地，工业固废为拜耳法赤泥和钼矿渣按质量比3：1混合，二者平均化学组成如下表：
[0011] al2o3sio2fe2o3caona2o其他拜耳法赤泥17.45％15.94％23.55％14.15％4.17％24.74％钼矿渣5.22％38％20.21％29.45％2.3％4.82％
[0012]
进一步地，拜耳法赤泥和钼矿渣通过如下步骤进行预处理：
[0013]
s1、将拜耳法赤泥、钼矿渣、活性炭、caco3充分混合后，放入刚玉坩埚中，然后盖盖封闭，将刚玉坩埚放入马弗炉还原焙烧，达到1150℃后，焙烧2h，焙烧结束后进行水淬急速冷却，然后进行真空干燥，然后将干燥后的样品进行湿式棒磨10min，然后用磁滚筒进行磁选，设定磁场场强电流1.5a，收集磁选后的样品，得到中间体1；赤泥、钼矿渣、活性炭、caco3的用量之比为7.5g：2.5g：2g：0.5g：0.5g；
[0014]
通过还原磁选法，降低赤泥和钼矿渣中fe2o3含量；
[0015]
s2、将中间体1和naoh颗粒充分混合后，放入刚玉坩埚中，然后盖盖封闭，将刚玉坩埚放入马弗炉还原焙烧，达到800℃后焙烧1h，自然降温过后，进行研磨，过300目筛，得到中间体2；中间体1、naoh的用量之比为10g：1g；
[0016]
赤泥和钼矿渣加入naoh后焙烧能够破坏赤泥和钼矿渣中原有矿物结构，降低铝硅酸盐的聚合度，活化赤泥和钼矿渣；
[0017]
s3、将中间体2和研磨过后粘土粉混合，加入水玻璃溶液，再加水调节水灰比，用搅拌机搅拌5min，得到预处理拜耳法赤泥和钼矿渣；中间体2、粘土粉、水玻璃溶液的用量之比为10g：1.6g：4g；
[0018]
以中间体2和粘土粉为固体铝硅酸盐原料、水玻璃溶液为激发剂，溶解的铝硅酸盐由固体颗粒表面向颗粒间隙扩散，形成凝胶相，在碱硅酸盐溶液和铝硅元素发生地聚反应，得到预处理拜耳法赤泥和钼矿渣。
[0019]
赤泥中sio2含量较低，al2o3含量较高，钼矿渣恰好相反，通过二者混合可以调节si/al比，在制作陶粒过程中，形成更多的莫来石相与刚玉相，从而起到骨架支撑作用，通过s1还原磁选法，降低赤泥和钼矿渣中fe2o3含量，避免陶粒制备过程中al2o3和sio2会与fe2o3发生固相反应生成低熔点化合物，从而降低陶粒强度，也减少了fe2o3在高温条件下生成o2，使陶粒发生膨胀，结构强度降低。
[0020]
通过s2焙烧活化可以提高赤泥和钼矿渣中al2o3、sio2的溶出能力，加入粘土粉提高si/al比，再通过水玻璃激发得到均匀致密的复合地聚物，可以在陶粒烧结过程中形成网络结构，减小原料反应发生的膨胀，提高陶粒强度。
[0021]
本发明的另一个目的是提供一种基于工业固废的高强度陶粒的制备方法，包括如下步骤；
[0022]
第一步，将铝矾土、锂辉石进行轻烧处理，将轻烧后的铝矾土、锂辉石分别进行粉碎；
[0023]
第二步，将铝矾土、锂辉石、聚合铝和工业淀粉配成混合料，放入球磨机中湿磨20h，得到泥浆料；
[0024]
第三步，往上步湿磨泥浆料中加入预处理拜耳法赤泥和钼矿渣，混合均匀，倒入干燥塔进行干燥，干燥后的粉体打散后转入造粒机中造粒，得到半成品粒；
[0025]
第四步，将半成品粒送入回转窑中，窑内温度1300-1380℃，烧制2h，得到一种基于工业固废的高强度陶粒。
[0026]
铝矾土、赤泥、钼矿渣在1300-1380℃的高温下，其中的al2o3和sio2发生反应，形成莫来石相与少量刚玉相，从而起到骨架支撑作用，使陶粒具有较高的强度。
[0027]
配方中添加锂辉石，既可以作助熔剂，又可以作为生成低热膨胀晶体的重要组分，其晶格结构可吸纳赤泥和钼矿渣相变游离出来的sio2，成固溶体，有助于在较低温度下就
能形成莫来石以增加坯体强度，降低烧结温度和烧成周期。
[0028]
本发明的有益效果：
[0029]
本发明选用工业固废拜耳法赤泥、钼矿渣、铝矾土、锂辉石、聚合铝混合工业淀粉制成，需原料较少，并且主料为工业固废拜耳法赤泥和钼矿渣，易得且有益于赤泥、钼矿渣的回收再利用，减少环境污染，通过还原磁选法，降低赤泥和钼矿渣中fe2o3含量，避免强度降低，通过焙烧活化可以提高赤泥和钼矿渣中al2o3、sio2的溶出能力，加入粘土粉提高si/al比，再通过水玻璃激发得到均匀致密的复合地聚物，可以在陶粒烧结过程中形成网络结构，减小原料反应发生的膨胀，提高陶粒强度。
[0030]
铝矾土、赤泥、钼矿渣在高温下，其中的al2o3和sio2发生反应，形成莫来石相与少量刚玉相，使陶粒具有较高的强度，锂辉石既可以作助熔剂，又可以作为生成低热膨胀晶体的重要组分，有助于在较低温度下就能形成莫来石以增加坯体强度，降低烧结温度和烧成周期。
具体实施方式
[0031]
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]
实施例1
[0033]
s1、将7.5g拜耳法赤泥、2.5g钼矿渣、2g活性炭、0.5g的caco3充分混合后，放入刚玉坩埚中，然后盖盖封闭，将刚玉坩埚放入马弗炉还原焙烧，达到1150℃后，焙烧2h，焙烧结束后进行水淬急速冷却，然后进行真空干燥，然后将干燥后的样品进行湿式棒磨10min，然后用磁滚筒进行磁选，设定磁场场强电流1.5a，收集磁选后的样品，得到中间体1；
[0034]
s2、将10g中间体1和1g的naoh颗粒充分混合后，放入刚玉坩埚中，然后盖盖封闭，将刚玉坩埚放入马弗炉还原焙烧，达到800℃后焙烧1h，自然降温过后，进行研磨，过300目筛，得到中间体2；
[0035]
s3、将10g中间体2和1.6g研磨过后粘土粉混合，加入4g水玻璃溶液，再加水调节水灰比，用搅拌机搅拌5min，得到预处理拜耳法赤泥和钼矿渣。
[0036]
实施例2
[0037]
s1、将15g拜耳法赤泥、5g钼矿渣、4g活性炭、1g的caco3充分混合后，放入刚玉坩埚中，然后盖盖封闭，将刚玉坩埚放入马弗炉还原焙烧，达到1150℃后，焙烧2h，焙烧结束后进行水淬急速冷却，然后进行真空干燥，然后将干燥后的样品进行湿式棒磨10min，然后用磁滚筒进行磁选，设定磁场场强电流1.5a，收集磁选后的样品，得到中间体1；
[0038]
s2、将20g中间体1和2g的naoh颗粒充分混合后，放入刚玉坩埚中，然后盖盖封闭，将刚玉坩埚放入马弗炉还原焙烧，达到800℃后焙烧1h，自然降温过后，进行研磨，过300目筛，得到中间体2；
[0039]
s3、将20g中间体2和3.2g研磨过后粘土粉混合，加入8g水玻璃溶液，再加水调节水灰比，用搅拌机搅拌5min，得到预处理拜耳法赤泥和钼矿渣。
[0040]
实施例3
[0041]
第一步，将20g铝矾土、4g锂辉石进行轻烧处理，将轻烧后的铝矾土、锂辉石分别进行粉碎；
[0042]
第二步，将铝矾土、锂辉石、0.8g聚合铝、1g工业淀粉配成混合料，放入球磨机中湿磨20h，得到泥浆料；
[0043]
第三步，往上步湿磨泥浆料中加入50g实施例1制得的预处理拜耳法赤泥和钼矿渣，混合均匀，倒入干燥塔进行干燥，干燥后的粉体打散后转入造粒机中造粒，得到半成品粒；
[0044]
第四步，将半成品粒送入回转窑中，窑内温度1300-1380℃，烧制2h，得到一种基于工业固废的高强度陶粒。
[0045]
实施例4
[0046]
第一步，将25g铝矾土、6g锂辉石进行轻烧处理，将轻烧后的铝矾土、锂辉石分别进行粉碎；
[0047]
第二步，将铝矾土、锂辉石、0.9g聚合铝、1.5g工业淀粉配成混合料，放入球磨机中湿磨20h，得到泥浆料；
[0048]
第三步，往上步湿磨泥浆料中加入55g实施例2制得的预处理拜耳法赤泥和钼矿渣，混合均匀，倒入干燥塔进行干燥，干燥后的粉体打散后转入造粒机中造粒，得到半成品粒；
[0049]
第四步，将半成品粒送入回转窑中，窑内温度1300-1380℃，烧制2h，得到一种基于工业固废的高强度陶粒。
[0050]
实施例5
[0051]
第一步，将30g铝矾土、8g锂辉石进行轻烧处理，将轻烧后的铝矾土、锂辉石分别进行粉碎；
[0052]
第二步，将铝矾土、锂辉石、1g聚合铝、2g工业淀粉配成混合料，放入球磨机中湿磨20h，得到泥浆料；
[0053]
第三步，往上步湿磨泥浆料中加入60g实施例1制得的预处理拜耳法赤泥和钼矿渣，混合均匀，倒入干燥塔进行干燥，干燥后的粉体打散后转入造粒机中造粒，得到半成品粒；
[0054]
第四步，将半成品粒送入回转窑中，窑内温度1300-1380℃，烧制2h，得到一种基于工业固废的高强度陶粒。
[0055]
对比例1
[0056]
与实施3相比，制备过程中使用研磨后不进行预处理的赤泥和钼矿渣，其余原料及制备过程保持不变，所获得的陶粒。
[0057]
测试项目孔隙率(％)表观密度(kg/m3)抗压强度(mpa)测试标准gb/t17431.2-2010gb/t17431.2-2010jgj51-2002实施例32685953.3实施例42583252.8实施例52382152.3对比例3075043.2
[0058]
由上表数据可知，本发明采用的一种基于工业固废的高强度陶粒的制备方法，对
赤泥和钼矿渣进行预处理后，制备的陶粒具有较小的孔隙率，较高的表观密度和抗压强度。
[0059]
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0060]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于工业固废的高强度陶粒，其特征在于，由以下重量份原料制备而成：工业固废50-60份、铝矾土20-30、锂辉石4-8份、聚合铝0.8-1份、工业淀粉1-2份；其中，所述工业固废为拜耳法赤泥和钼矿渣，通过如下步骤预处理：s1、将拜耳法赤泥、钼矿渣、活性炭、caco3充分混合后，放入刚玉坩埚中，然后盖盖封闭，将刚玉坩埚放入马弗炉还原焙烧，达到1150℃后，焙烧2h，焙烧结束后进行水淬急速冷却，然后进行真空干燥，然后将干燥后的样品进行湿式棒磨10min，然后用磁滚筒进行磁选，设定磁场场强电流1.5a，收集磁选后的样品，得到中间体1；s2、将中间体1和naoh颗粒充分混合后，放入刚玉坩埚中，然后盖盖封闭，将刚玉坩埚放入马弗炉还原焙烧，达到800℃后焙烧1h，自然降温过后，进行研磨，过300目筛，得到中间体2；s3、将中间体2和研磨过后粘土粉混合，加入水玻璃溶液，再加水调节水灰比，用搅拌机搅拌5min，得到预处理拜耳法赤泥和钼矿渣。2.根据权利要求1所述的一种基于工业固废的高强度陶粒，其特征在于，步骤s1中赤泥、钼矿渣、活性炭、caco3的用量之比为7.5g：2.5g：2g：0.5g。3.根据权利要求1所述的一种基于工业固废的高强度陶粒，其特征在于，步骤s2中中间体1、naoh的用量之比为10g：1g。4.根据权利要求1所述的一种基于工业固废的高强度陶粒，其特征在于，步骤s3中中间体2、粘土粉、水玻璃溶液的用量之比为10g：1.6g：4g。5.一种根据权利要求1所述的基于工业固废的高强度陶粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，将铝矾土、锂辉石进行轻烧处理，将轻烧后的铝矾土、锂辉石分别进行粉碎；第二步，将铝矾土、锂辉石、聚合铝和工业淀粉配成混合料，放入球磨机中湿磨20h，得到泥浆料；第三步，往上步湿磨泥浆料中加入预处理拜耳法赤泥和钼矿渣，混合均匀，倒入干燥塔进行干燥，干燥后的粉体打散后转入造粒机中造粒，得到半成品粒；第四步，将半成品粒送入回转窑中，窑内温度1300-1380℃，烧制2h，得到一种基于工业固废的高强度陶粒。

技术总结
本发明公开了一种基于工业固废的高强度陶粒及其制备方法，属于固废处理技术领域，本发明选用拜耳法赤泥、钼矿渣、铝矾土、锂辉石、聚合铝混合工业淀粉制成，需原料较少，并且主料为工业固废拜耳法赤泥和钼矿渣，易得且有益于固废的回收再利用，减少环境污染，通过还原磁选法，降低赤泥和钼矿渣中Fe2O3含量，避免强度降低，通过焙烧活化和加入粘土粉提高Si/Al比，得到均匀致密的复合地聚物，减小原料反应发生的膨胀，提高陶粒强度，铝矾土、赤泥、钼矿渣在高温下，形成莫来石相与少量刚玉相，使陶粒具有较高的强度，锂辉石既作助熔剂，又有助于在较低温度下就能形成莫来石以增加坯体强度，降低烧结温度和烧成周期。降低烧结温度和烧成周期。


技术研发人员：张贺新 周文 毛尚斌 李明权 王吉雪 杨建明 周玉营 谭巍
受保护的技术使用者：中塑新材料技术（吉林）有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/9/6